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1、水力侵蚀培训课件主要教学目标：分析水力侵蚀发生机制及其发展规律，阐述影响水力侵蚀的自然因素，使学生在掌握上述内容基础上进一步掌握防治水力侵蚀的基本原理。教学方法以教师课堂结合图片讲授为主，学生课下自习为辅。主要内容：第一节 水流作用 第二节 溅蚀 第三节 面蚀 第四节 沟蚀 第五节 山洪侵蚀 第六节 海岸、湖岸及库岸浪蚀 主要讲解内容第一节 水流作用一、水流剥蚀作用1.判断条件水流剥蚀也就是地表泥沙被水流带走，沙粒可以呈滑动或滚动形式运动。是否发生剥蚀可根据泥沙起动条件来判断。在水流流动时，砾石顶部和底部水流流速不同，根据伯努里定律，顶部流速高压力小；底部流速低压力大。所造成的压差产生了上举力
2、Py，方向朝上，并通过颗粒重心。2.数量关系沙砾在流水作用下，无论是滑动或滚动，沙砾粒径总是与起动流速平方成正比。而泥砂体积或重量又与其粒径三次方成正比，因此颗粒的重量与流速间有G 的关系。这就是为什么山区河流能够搬动粗大砾石的原因。二、水流搬运作用泥沙的搬运形式可分为推移和悬移两大类。这两种形式运动的泥沙分别称为推移质及悬移质，它们各自遵循不同的规律。1.泥沙搬运方式泥沙起动以后，在水流上举力作用下可以跳离床面，与速度较高的水流相遇，被水流挟带前进。但泥沙颗粒比水重，它又会逐渐落回到床面，并对床面上的泥沙产生一定冲击作用，作用的大小取决于颗粒的跳跃高度和水流流速，如沙粒跳跃较低，由于水流临底
3、处流速较小，泥沙自水流中取得的动量也较小，在落回床面以后就不会再继续跳动；如沙粒跳跃较高，自水流中取得的动量较大，则落于床面以后还可以重新跳起。流速继续增加，紊动进一步加强，水流中充满着大小不同的旋涡，这时泥沙颗粒自床面跃起后，有可能被旋涡带入离床面更高的流区中，随着水流以相同速度向前运动，这样的泥沙称为悬移质(图3.3)。 图3.3 河流中的泥沙随水深分布示意图推移质和悬移质之间，以及它们与河床上的泥沙之间存在着不断的交换现象。各部分泥沙之间的交换作用，使含沙量(单位体积浑水中所含的沙量，以s表示，单位为kg/m3)在垂线上分布成为一条连续曲线。如泥沙较细紊动较强，则泥沙分布也比较
4、均匀；如颗粒较粗紊动较弱，则更多的泥沙集中于靠近河床附近的区域。对于任何一颗推移质来说，它的运动行程不是连续的。它被水流搬运一定距离以后，便在床面静止下来，转化为床沙的一部分，然后等待合适的时机，再一次开始第二个行程。在泥沙运动强度不大时，一颗沙粒停留在床面的时间远较它在运动中的时间长得多。2.水流挟沙力在一定的水流条件下，能够挟运泥沙的数量，称为挟沙力。它的单位与含沙量s(kg/m3)相同，以符号0表示。如果上流来的水含沙量小于该水流的挟沙力，水流就有可能从本段河床上获得更多的泥沙，造成床面的冲刷。反之就可能发生沉积。如果来水的含沙量等于这一段河床水流的挟沙力，那么来沙量可以全部通过，河床不
5、冲不淤。这种不冲不淤的含沙量，就是当时水流条件和泥沙条件下的挟沙力。水流挟沙力应该包括推移质和悬移质的全部沙量。由于推移质运动要比悬移质运动复杂得多，当前的测验工作仅限于悬移质方面，对于推移质测验还有不少困难，并且在天然河流中，悬移质一般成了全部运动泥沙的主体，因此，对于平原冲积性河流一说，常以悬移质输沙率代替水流的全部挟沙力。三、泥沙的堆积当泥沙的来量大于水流的挟沙力时，多余的泥沙就要沉积下来。图3.4说明在什么情况下容易发生沉积。图中摩阻流速* ,其中0为作用在床面上的水流切应力。这样就可利用临界摩阻流速V*c代替泥沙起动时的水流切应力0，作为泥沙起动的差别值。当摩阻流速相当于泥沙的沉速时
6、，泥沙悬移运动才有可能产生。第二节 溅蚀一、雨滴特性雨滴特性包括雨滴形态、大小及雨滴分布、降落速度、接地时冲击力、降雨量、降雨强度和降雨历时等，直接影响侵蚀作用的大小。1.雨滴形状、大小及分布一般情况下，小雨滴为圆形，大雨滴(5.5mm)开始为纺锤形，在其下降过程中因受空气阻力作用而呈扁平形，两侧微向上弯曲。因此把雨滴直径5.5mm时，降落过程中比较稳定的雨滴称稳定雨滴；当雨滴直径5.5mm时，雨滴形状很不稳定，极易发生碎裂或变形，称暂时雨滴。对于直径0.25mm的雨滴称为小雨滴。降雨是由大小不同的雨滴组成的，不同直径雨滴所占的比例称为雨滴分布。小雨滴直径约为0.2mm，大雨滴直径约6.0mm
7、以上，一次降雨的雨滴分布，用该次降雨雨滴累积体积百分曲线表示，其中累计体积为50%所对应的雨滴直径称为中数直径，用D50表示。D50表明该次降雨中大于这一直径的雨滴总体积等于小于该直径的雨滴的总体积，它比平均雨滴直径的涵义是不同的。不同强度降雨雨滴分布不同，通常雨强愈大D50愈大，降雨强度变小，D50也相应减小。2.雨滴速度与能量雨滴降落时，因重力作用而逐渐加速，但由于周围空气的摩擦阻力产生向上的浮力也随之增加。当此二力趋于平衡时，雨滴即以固定速度下降，此时的速度即为终点速度(terminal velocity)。达到终点速度的雨滴下落距离，随雨滴直径增大而增加，大雨滴约需12m以上，终点速度
8、的大小，主要取决于雨滴直径的大小和形状。雨滴的终点速度越大，其对地表的冲击力也越大，换言之对地表土壤的溅蚀能力也随之加大。一般情况下，小雨滴为圆形，稍大的雨滴因其下降时受空气阻力作用而呈扁平形。小雨滴直径约为0.2mm，大雨滴直径约为7mm，其降落时的终点速度随雨滴直径增加而变大(表3.1)。表3.1 静止空气中各种雨滴终点速度直径(mm)终点速度A(m/s)终点速度B(m/s)达95终点速度的距离B(m)0.251.00-0.502.002.01.004.004.12.22.005.586.35.03.008.067.57.24.008.858.57.85.009.158.87.66.009
9、.209.07.23.雨滴侵蚀力降雨雨滴的溅蚀是降雨和土壤相互作用的结果，任何一次降雨发生的溅蚀都受到这两方面的制约。研究降雨溅蚀作用，需要首先研究雨滴的侵蚀力和土壤的可蚀性。降雨雨滴的侵蚀力是降雨引起土壤侵蚀的潜在能力。它是降雨物理特征的函数，降雨雨滴侵蚀力的大小完全取决于降雨性质，即该次降雨的雨量、雨强、雨滴大小等，而与土壤性质无关。降雨雨滴的侵蚀力计算，经过国内外许多学者研究，已取得很大进展。40年代初埃利森(W. D. Ellison)、比萨尔(E. Bisal)、罗斯(J. O. Lawx)等人的大量实验，发现了降雨雨滴侵蚀力与能量有关，后来又被土壤流失资料所证实，威斯迈尔经过大量的
10、寻优计算，找到了用一个复合参数(暴雨的功能与其最大30min强度的乘积作为判断土壤流失的指标)，这就是降雨侵蚀力指标R，表达式为：REI30 (3.15)式中：E该次降雨的总动能(j/m2·mm)；I30该次暴雨过程中出现的最大30min。降雨强度(mm/h)。I30是从自记雨量计的记录纸中选取曲线最陡的一段计算出来的。 二、 溅蚀过程及溅蚀量1.溅蚀过程（1）概念降雨雨滴动能作用于地表土壤而作功，导致土粒分散，溅起和增强地表薄层径流紊动等现象称为雨滴溅蚀作用。或击溅侵蚀。（2）表现方面雨滴溅蚀主要表现在以下几个方面：破坏土壤结构，分散土体或土粒，造成土壤表层孔隙减少或者堵塞，形成“
11、板结”引起土壤渗透性下降，利于地表径流形成和流动；直接打击地表，导致土粒飞溅并沿坡面向下迁移。雨滴打击增强了地表薄层径流的紊动强度，导致降雨侵蚀和地表径流输沙能力增大。上述三方面在溅蚀过程中紧密相联互有影响，就其过程而言大致分为四个阶段。干土溅散阶段:降雨初期由于地表土壤水分含量较低，雨滴首先溅起的是干燥土粒；湿土溅散阶段：随降雨历时延长，表层土壤颗粒逐渐被水分所饱和，此时溅起的是水分含量较高的湿土颗粒；泥浆溅散阶段：土壤团粒受雨滴击溅而破碎，随着降雨的继续，地表呈现泥浆状态阻塞了土壤孔隙，影响了水分下渗，促使地表径流产生；地表板结：由于雨滴击溅作用破坏了土壤表层结构，降雨后地表土层将由此而产
12、生板结现象。2.溅蚀量（1）概念击溅侵蚀引起土粒下移的数量称为溅蚀量。（2）影响因子在侵蚀力不变情况下，溅蚀量决定于影响土壤可蚀性的诸因子(包括内摩擦力、粘着力等)。对同一性质的土壤以及相同管理水平而言，则决定于坡面倾斜情况和雨滴打击方向。在平地上，垂直下降的雨滴溅蚀土粒向四周均匀散布，形成土粒交换，不会有溅蚀后果。但在坡地上或雨滴斜向打击下，则土粒会向坡下或风向相反方向移动。溅蚀在风的作用下会改变打击角度，并推动雨滴增加打击能量，当作用于不同坡向、坡度上时，会形成复杂的溅蚀。若某地降雨期间风向不断变化，可能暴雨后的影响趋于平衡；但对整个降雨期间保持固定风向的一场降雨而言，会对土壤溅蚀产生很大
13、影响。三、影响溅蚀因素1.气候因素（1）降雨雨型不同雨滴大小分布亦不同。如黄土地区降雨分为两种形式，一种是由局部地形和气候影响产生的来势猛、历时短(1小时左右)的小面积降雨，称短阵雨型，其雨滴直径较大；另一种主要是锋面影响的大面积普通降雨雨型，其雨滴直径相对较小。就一定雨强来说，局部地区短阵性雨型比大面积的普通雨型更易引起土壤侵蚀。降雨强度与雨滴的各种特征参数关系密切，因而，降雨强度也是影响溅蚀作用的因素之一。（2）风力溅蚀作用受风力强烈影响，风的推动作用会增加雨滴的打击能量，并改变雨滴打击角度。风还把击溅起的土粒吹到更远的地方。在整个降雨期间保持固定方向的大风，对土壤侵蚀的影响更大。2.地形
14、因素土粒受雨滴打击后，其移动方向取决于坡向和坡度。在斜坡上土粒在击溅作用下向下坡移动的量大于向上坡移动的量。一般情况下坡度越大，溅蚀导致的移动土粒向下坡移动的愈多，移动距离也愈远。埃里林(Ellison)对溅蚀作用测量后发现，在10%的地面坡度上，75%的土壤溅蚀量移向下坡，在同样条件下的沙土上，60%的溅蚀量移向下坡。3.土壤因素土壤种类不同，其粘粒、有机质含量以及其他对土壤起粘结和胶结作用的物质也不同，土壤团粒粘结构的增加能降低或减少雨滴击溅下的土粒分散坡坏。随着团粒中粘土含量的增加，团粒强度增大，雨滴溅蚀量减少。富含粘粒的土壤一般易于胶结，并且其团粒较粉质或沙质土的团粒大。4.植被因素植
15、被是地面的保护者，植被和其枯枝落叶层在防治溅蚀过程中具有及其重要的作用，枯枝落叶完全覆盖的土壤表面能承受雨点降落时的冲击力，可从根本上消除击溅侵蚀作用。植被冠幅在大范围内减小雨滴的击溅侵蚀，像谷类和大豆这样密集生长的农作物能截留降雨、防止雨滴直接打击在土壤上。地被物不但能拦截降雨，防止雨滴击溅分离土粒，同时也防止了不利于水分下渗的土壤板结，使渗透水份增加减少径流。第三节 面蚀一、坡面径流形成坡面径流的形成是降水与下垫面因素相互作用的结果，降水是产生径流的前提条件，降水量、降水强度、降水历时、降水面积等对径流的形成产生较大的影响。由降水而导致径流的形成可以分为蓄渗阶段和坡面漫流阶段。1.蓄渗阶段
16、降水开始以后，降落到受雨区的雨水一部分被植物截留，植物截留量一般为几mm，对径流影响甚微，但对森林流域则不可忽视，特别是久旱不雨。另一部分被土壤吸收，然后再通过下渗，进入土壤和岩石的孔隙中，形成地下水。因此，降雨初期不能立即产生径流。随着降雨继续进行到降雨量大于上述消耗时，雨水便在一些分散的洼地停蓄起来，这种现象称为填洼。这一过程是对降水的一个耗损过程，所以坡面径流量总是小于降水量。2.坡面漫流阶段随着植物截流和填洼过程的结束，水分主要入渗土壤，而土壤入渗率随时间延续而逐渐减弱，当降水强度超过土壤的入渗率时，地表即开始形成地表径流。地表径流的多少可用地表径流系数来表示，除与降雨量、降雨强度关系
17、密切外，它还与土壤的入渗能力、植被、地形等许多自然因素有关。因此径流系数不仅是径流量大小的指标，也是反映水土保持工作好坏的重要标志。分散的地表径流亦可称为坡面径流，它的形成分两个阶段，一是坡面漫流阶段，二是全面漫流阶段。漫流开始时，并不是普及到整个坡面，而是由许多股不大的彼此时合时分的水流所组成，径流处于分散状态，流速也较缓慢；当降雨强度增加，漫流占有的范围较大，表层水流逐渐扩展到全部受雨面时，就进入到全面漫流阶段。最初的地表径流冲力并不大，但当径流顺坡而下，水量逐渐增加，坡面糙率随之减小，促进流速增大，就增大了径流的冲力，这也是坡地流水作用分带性产生的机制，终将导致地表径流的冲力大于土壤的抗
18、蚀能力时，也就是地表径流产生的剪切应力大于土壤的抗剪应力时，土壤表面在地表径流的作用下产生面蚀。虽然层状面蚀也可能发生，但因自然界完全平坦的坡面很少，而地表径流又常常稍行集中之后，才具有可以冲动表层土壤的冲力，因此由地表引起的面蚀，主要是细沟状面蚀。二、坡面径流能量分析坡面侵蚀的过程，主要是坡面径流将其能量向坡面表层土壤传递的过程，在能量的传递转化中引起土壤颗粒间结合力的破坏和克服摩擦力引起土壤颗粒的运动，而径流能量的大小主要取决于流速、径流量。1.坡面流流速理论上讲，坡面流的流速是径流将其位能转化为动能所产生的，即流速只与其高程差有关，在坡面上这一因子表现为坡度J，而实际上，坡面流的流动情况
19、十分复杂，沿程有下渗、蒸发和降水补给，再加上坡度的不均一，使流动总是非均匀的。为了使问题简化，不少学者在人工降雨条件下，研究了稳渗后的坡面水流，得到了各自的流速公式。但均可以归纳成如下形式 V·qn·m (3.18)式中：q单宽流量；J坡度；n、m指数；K系数。2.径流量对于超渗产流讲，坡面径流量的大小取决于降雨强度与土壤入渗率的差值，土壤入渗率的大小除取决于土壤结构(孔隙率、孔隙大小、粒径等)外，还与土壤含水量关系密切，随含水量增大，土壤颗粒吸附水分子在其表面形成吸着水的分子力减小，吸附水分的土壤颗粒数量减少，毛管力作用减小，导致水分入渗难度增大，下渗率减小。因此，土壤入
20、渗率是一个由大逐渐变小的量，但最终趋于一个定值。三、坡面侵蚀过程坡面水流形成初期，水层很薄，速度较慢，但水质点由于地表凸起物的阻挡，形成绕流，流线相互不平行，故不属层流，按M，J柯克拜的观点，属再分流。由于地形起伏的影响，往往处于分散状态，没有固定的路径，按雷诺数判断，应属层流范畴，在缓坡地上，薄层水流的速度通常不会超过0.5m/s。因此，能量不大，冲刷力微弱，只能较均匀地带走土壤表层中细小的呈悬浮状态的物质和一些松散物质，即形成层状侵蚀。但当地表径流沿坡面漫流时，径流汇集的面积不断增大，同时又继续接纳沿途降雨，因而流量和流速不断增加。到一定距离后，坡面水流的冲刷能力便大大增加，产生强烈的坡面
21、冲刷，引起地面凹陷，随之径流相对集中，侵蚀力变强，在地表上会逐渐形成细小而密集的沟，称细沟侵蚀。最初出现的是斑状侵蚀或不连续的侵蚀点，以后互相串通成为连续细沟，这种细沟沟形很小，且位置和形状不固定，耕作后即可平复。细沟的出现，标志着面蚀的结束和沟道水流侵蚀的开始。 四、影响因素坡面侵蚀受自然因素和人为因素的综合影响，自然因素中主要有降雨、径流、地形、地面物质组成、植被等，人为因素包括人类活动对侵蚀的促进作用和抑制作用。1.气候因素降雨强度，面蚀与降雨量之间的关系不很显著，而与降雨强度之间的关系十分密切。这是由于当降雨量大而强度小时，雨滴直径及末速度都较小，因此它只有较小的动能，所以对土壤的破坏
22、作用就较轻。强度较小的降雨大部或全部被渗透、植物截留、蒸发所消耗，不能或者只能形成很少径流；当降雨强度小到与土壤的稳渗速率相等时，地面就不会产生径流。因此径流冲刷破坏土壤的力就不存在。前期降雨，本次降雨以前的降雨称前期降雨，前期降雨使土壤水分饱和，再继续降雨就很容易产生径流而造成土壤流失。在各种因素相同的情况下，前期降水的影响主要表现为降雨量的影响。2.地形因素地形因素之所以是影响土壤侵蚀的重要因素，就在于不同的坡度、坡长、坡形及坡面糙率是否有利于坡面径流的汇集和能量的转化而决定，当坡度、坡形有利于径流汇集时，则能汇集较多的径流，而当坡面糙率大则在能量转化过程中，消耗一部分能量用于克服粗糙表面
23、对径流的阻力，径流的冲刷力就要相应的减小，因此地形是影响降到海平面以上降雨在汇集流动过程中能量转化最主要的因素，地形影响能量转化的主要因子是坡度、坡长、坡形、坡向。3.土壤因素土壤是侵蚀的对象又是影响径流的因素，因此土壤的各种性质都会对面蚀产生影响。通常利用土壤的抗蚀性和抗冲性作为衡量土壤抵抗径流侵蚀的能力，用渗透速率表示对径流的影响。土壤的抗蚀性是指土壤抵抗径流对其分散和悬浮的能力。土壤愈粘重，胶结物愈多，抗蚀性愈强。腐殖质能把土粒胶结成稳定团聚体和团粒结构，因而含腐殖质多的土壤抗蚀性强。土壤的抗冲性是指土壤抵抗径流对其机械破坏和推动下移的能力。土壤的抗冲性可以用土块在水中的崩解速度来判断，
24、崩解速度愈快，抗冲能力越差；有良好植被的土壤，在植物根系的缠绕下，难于崩解，抗冲能力较强。影响土壤上述性质的因素有土壤质地、土壤结构及其水稳性、土壤孔隙、剖面构造、土层厚度、土壤湿度，以及土地利用方式等。 4.植被因素生长的植物，以其具有的覆盖地面，防止雨滴击溅，枯枝落叶及其形成的物质改变地表径流的条件和性质，促进下渗水分的增加，并以其根系直接固持土体等作用，与风、水所具有的夷平作用相制约，抵抗平衡的结果，就形成了相对稳定的坡地。植被的功能主要表现为森林、草地中有一厚层枯枝落叶，具有很强的涵蓄水分的能力。随凋落物量的增加，其平均蓄水量和平均蓄水率都在增加，一般可达2060kg/m2。由于凋落物
25、的阻挡，蓄持以及改变土壤的作用，提高了林下土壤的渗透能力。由于植被的枯枝落叶增大了地表糙度，使得其中径流的流速因此而大大减缓，据测定其径流流速仅为裸地上的1/401/30。 上述几种作用，使得有较好植被分布区域，径流量减小，且延长了径流历时，起到了减小径流量，延缓径流过程进而减小径流能量的作用。5.人为因素历史上，受社会和科学技术的发展所决定，相当长时间内由于对自然规律缺乏认识，不能合理地利用土地，甚至是掠夺式地利用土地资源，在坡地上就引起了水土流失，降低和破坏了土壤肥力、耗竭和破坏了土地生产力，导致难于挽回的生态灾难。当破坏力大于土体的抵抗力时，必然发生土壤侵蚀，这是不以人们的意志而转移的客
26、观规律。但是，影响破坏土壤侵蚀发生和发展及控制土壤侵蚀的有关各因素的改变，都会影响破坏力与土体的抵抗力的消长。因此只有了解影响土壤侵蚀的自然因素之间的相互制约的关系，在现阶段人类尚不能控制降雨的条件下，可以通过改变有利于消除破坏力的因素，有利于增强土体抗蚀能力的因素，来达到保持水土，促使水土流失向相反方向转化，使自然面貌向人类意愿方向发展，这就是水土保持工作中人的作用。也就是说人类的活动既有引起水土流失的一面，又有通过人的活动控制土壤侵蚀的一面。第四节 沟蚀一、侵蚀沟的形成1.形成过程侵蚀沟是在水流不断下切、侧蚀，包括由切蚀引起的溯源侵蚀和沿程侵蚀，以及侵蚀物质随水流悬移、推移搬运作用下形成的
27、。坡面降水经过复杂的产流和汇流，顺坡面流动，水量增加、流速加大，出现水流的分异与兼并，形成许多切入坡面的线状水流，称为股流或沟槽流。水流的分异与兼并是地表非均匀性和水流能量由小变大，共同造成的。2.形成原因引起地表非均匀性的原因有：地表凹凸起伏差异；地表物质抗蚀性强弱、渗透强度、颗粒组成大小的差异；地表植被覆盖上的差异。因之，在易侵蚀地方首先出现侵蚀沟谷，并逐渐演化为大型沟谷；在难侵蚀的地方会推迟出现小沟谷。径流集中的过程还产生横向均夷作用，导致强沟谷并弱沟谷的兼并现象。水流能量的差异除了降水、坡度、渗透消耗等影响外，在同一地区则主要是径流线的长度。因之，总是先出现细小沟谷，然后依次出现大型沟
28、谷。股流水流集中，侵蚀能量增强，下切侵蚀剧烈，并不断旁蚀和溯源侵蚀，改变沟槽形态。在沟谷的深、宽达到不能为生产和其他活动所消除时，地面上就留下永久的沟槽，成为沟谷。通常把晚更新世以前形成的沟谷称古老沟谷，把全新世以来形成的沟谷称现代侵蚀沟谷。现代侵蚀沟谷发育在古老沟谷上，被称为承袭沟谷。由于冲刷而形成的侵蚀沟具有一定的外形，它是一条长而深的水蚀沟，一般通入河谷或荒溪，每一条侵蚀沟可分为沟顶，沟底，水道，沟沿，冲积园锥及侵蚀沟岸地带等几个部分。二、侵蚀沟的发育1.侵蚀沟纵断面形成侵蚀沟开始形成的阶段，向长发展最为迅速，这是因为股流沿坡面平行方向的分力大于土壤抵抗力的结果。由于在沟顶处坡度有时局部
29、变陡，水流冲力加大，结果在沟顶处形成水蚀穴，水蚀穴继续加深扩大，沟顶逐渐形成跌水状，跌水一经形成，沟顶破坏和前进的速度愈加显著，此时沟顶的冲刷作用，一方面表现为股流对沟顶土体的直接冲刷破坏，另一方面表现为水流经过跌水下落而形成旋窝后有力的冲淘沟顶基部，从而引起沟顶土体的坍塌，促使沟顶逆源侵蚀的加速进行。一旦沟顶跌水形成之后，沟底的纵剖面线与当地的坡面坡度相一致的状态就明显的表现出来。由于此时进入沟底的水流充沛，沟底与侵蚀基准面的高差较大，纵坡较陡，因而侵蚀沟内水流的冲力表现在下切沟底的作用亦较明显。但沟底下切较沟头前进为慢。总之侵蚀沟纵剖面的形成过程正是沟顶前进，沟底下切的反复过程。在整个侵蚀
30、作用和侵蚀沟纵剖面形成的过程中，侵蚀沟最活跃的地段始终在沟顶以下一定距离范围内。 2.侵蚀沟的发育阶段依据侵蚀沟外形的某些指标判断侵蚀沟的发育程度和强度，侵蚀沟的发育分四个阶段。 （1）水蚀沟阶段：侵蚀沟的第一阶段是属于冲刷范围的，形成的水蚀穴和小沟通过一般耕作不能平复，此阶段向长发展最快，向宽发展最慢。其深度一般不超过0.5m，尚未形成明显的沟头和跌水，沟底的纵剖面线和当地地面坡度的斜坡的纵断面线相似，侵蚀沟的横断面多呈三角形，当沟底由坚硬母质组成时，这一阶段可保持较长的时间，但当沟底母质疏松时，很快进入第二阶段。（2）侵蚀沟顶的切割阶段：由于沟头继续前进，侵蚀沟出现分支现象，集水区的地表径
31、流从主沟顶和几个支沟顶流入侵蚀沟内，因此，每一个沟顶集中的地表径流就减少了，因此侵蚀沟向长发展的速度减缓，另外由于沟顶陡坡，侵蚀作用加剧，其结果在沟顶下部形成明显跌水，通常以沟顶跌水明显与否作为第一、第二阶段划分的主要依据，在平面上主沟顶呈园形，支沟顶处于第一阶段。侵蚀沟的断面呈U形，但上部和下部的横断面有较大的差异，沟底与水路合一。它的纵剖面与原来的地面线不相一致，沟底纵坡甚陡且不光滑。第二阶段是侵蚀沟发展最为激烈的阶段，因为它是防治最困难的时期。（3）平衡剖面阶段：发展到这一阶段由于受侵蚀基底的影响，不再激烈的向深冲刷，而两岸向宽发展却成为主要形式，沟底纵坡虽然较大，但沟底下切作用已经甚微
32、，以沟岸局部扩张为主，其外形具有最严重的侵蚀形态，在平面上支沟呈树枝状的侵蚀沟网，在纵断面上沟顶跌水不太明显，形成平滑的凹曲线，沟的上游水路没有明显的界线，沟的中游沟底和水路具有明显的界线，沟口开始有泥沙沉积，形成冲积扇。发展到此阶段的侵蚀沟常被利用为交通道路。（4）停止阶段：在这一阶段，沟顶接近分水岭，沟底纵坡接近于或相当接近于临界侵蚀曲线，沟岸大致接近于自然倾角，因此沟顶已停止朔源侵蚀，沟底不再下切，沟岸停止扩张。在沟底冲积土上开始生长草类或灌木，这一阶段的侵蚀沟转变为荒溪。三、影响沟谷发育自然因素 沟谷的发育主要受地形及水流形态的影响，而汇水面积的大小影响到径流量，坡度、坡长影响到径流流
33、速及沟谷的发育空间。在不同水流的情况下，发育不同的沟谷。 1.汇水面积 浅沟已有固定的集水面积，其大小受多种自然因素影响。一般地说，集水面积在降雨量大的地区比降雨量小的地区小；坡度平缓地区的浅沟汇水面积大于坡度较陡地区；黄土高原砂黄土分布区较细黄土区大。汇水面积是保证浅沟形成发育的首要条件，有了足够大的汇水面积，才能够形成足以进行浅沟侵蚀的水流，否则是很难发育浅沟的。 2.坡度与坡长汇水面积大小与浅沟发育程度的关系，综合地反映了各种因素对浅沟侵蚀的影响。但是，有的坡面已经超过了发育浅沟的最小面积，却没有浅沟分布，原因是地貌条件也是影响浅沟发育的重要因素，尤以坡度、坡长最大。通过对陕西北部绥德何
34、家沟流域的坡度、坡向和浅沟分布分析，发现该区浅沟分布坡地的坡度组成介于5°45°之间，以20°30°坡地上浅沟最多，占该流域浅沟总数的74.5%。其变化规律是5°30°坡地上浅沟数量随坡度增大而增加，30°45°度坡地上则随坡度增大而减少。第五节 山洪侵蚀一、概念山洪是山区地表径流沟网向河沟集中后形成的强大洪流。具有较大冲击力和负荷力，但其容重一般小于1.3t/m3。二、山区洪水类型依按照成因不同，可将山洪分为以下几种类型。1.暴雨引起的山洪它是山洪的主要类型，是由大强度的降雨所形成的，其过程特征、峰量的大小等，主
35、要决定于暴雨的强度、暴雨中心移动方向、暴雨区域范围及暴雨过程等因素。根据暴雨的时空分布，又可分为三种：由短历时(几小时或十几小时)大暴雨形成的局地性山洪，暴雨茏罩面积较小，约几十至几千平方公里，位于暴雨中心范围内的河沟产生较大山洪。由中等历时的一次暴雨过程所形成的区域性山洪。持续时间在37天左右，可使一个地区内普遍暴发山洪，甚至使大河流发生大洪水。由长时间大范围的连续淫雨，并有多个地区多次暴雨组合产生的大范围淫雨性山洪。其降雨时间可长达12个月，造成几个大流域同时发生大洪水。2.融雪引起的山洪主要发生在高纬度积雪区或高山积雪区。3.水体溃决引起的山洪因种种原因造成水库、湖泊等坝体溃决，水体突然
36、涌出，产出的山洪，由于来势猛，水流急，常造成重大危害。三、 山洪时空分布1.一次山洪由于山区、丘陵区地面和河床坡降都较陡，降雨后产流和汇流都较快，形成急剧涨落的洪峰，所以山洪具有突发、水量集中、破坏力强的特点。在某一流域中，流域出口处的洪水流量过程线是一条峰形曲线，其最大值即洪峰流量由全部流域面积在T时间内的最大净雨形成。 式中：Qm洪峰流量(m3/s)；h时段内最大净雨量(mm)； 流域汇流历时(h)，即流域最远点径流到达出口断面的时间； 洪峰径流系数；F流域面积(km2)；IC时间内最大雨量的平均强度(mm/h)。流量、汇流历时、洪水历时均与流域内的自然地理条件(流域形状、植被
37、、地形、土壤等)有关。在流域面积、降水强度、历时相等的情况下，狭长形坡度较缓的流域汇流历时长，洪峰流量小，洪水历时长。而漏斗形坡度较陡的流域汇流历时短，洪峰流量大，洪水历时短。植被条件较好的流域洪峰流量小。 2.季节分布山洪是许多因素相互影响的产物，其中最主要的因素是暴雨。我国地处亚欧大陆的东南部，东临太平洋，地理位置决定了我国降水主要来源于暖季的海洋季风。致使降水量受季节影响明显，也决定了山洪发生的季节变化规律。每年春夏之交我国华南地区暴雨开始增多，洪水发生机率随之加大，受其影响的珠江流域在5、6月易发山洪，其中西江流域延迟到6月中旬到7月旬中旬。6、7月主雨带北移，受其影响的长江流域易发生
38、山洪，湘赣地区在4月中旬即可能发生，57月沅、资、澧江流域易发生山洪，而清江、乌江流域在68月发生，四川盆地及汉江流域为710月。7、8月在我华东、华北、东北地区淮河流域、黄河流域、海河流域、辽河流域易发生山洪。松花江流域山洪发生时间更晚，为89月。另外，闽浙地区受台风影响，雨期及易发生山洪时期较长，为69月。四、影响山洪因素 山洪发生的影响因素很多，其中较为密切的有暴雨、地形、植被和人类活动等。 1.暴雨在我国，暴雨是引起山洪的主要原因。一次高强度的暴雨，降水强度远大于土壤入渗速率，降水来不及入渗即产生地表径流。地表径流从坡面到沟道不断汇聚，产生山洪。如1976年7月5日，甘肃省宕昌县化马公
39、社3小时雨量达343mm，暴雨区内的小河坝沟流域面积仅13.5km2，而洪峰流量达867m3/s，接近相同流域面积的世界最高纪录。长时间大范围的连续降雨，可能产生多次暴雨。土壤饱和，可导致大面积范围内的山洪暴发，并可形成某一大流域的特大洪水，如1998年在我国长江流域爆发的特大洪水就是如此。 2.地形流域地形的陡峻，决定了地表径流的入渗和产流，坡面开始产流时间(t0)与坡度()间的关系为t04.453e1.508(1-sin)。由此可见，坡度增大，将提早产生径流。这是由于坡度增大，径流流速增加，减少了停蓄和入渗时间，径流损失量减少。流域形状对山洪也有着很大的影响。狭长形流域，其沟系单一，主沟较
40、长，支沟少，等流时线短，产生径流历时长，洪峰流量小。圆形、扇形、辐射形流域，主沟较短，支沟多，等流时线长，汇流快，洪峰流量大。 3.植被植被，尤其是森林植被，具有涵养水源，保持水土的作用，它对水循环中的降雨、下渗和径流三个环节都有调节和控制作用。因此，它可以消减洪峰流量，增加枯水流量，使河(沟)径流在年内分配趋于均匀。 4.人类活动人类祖祖辈辈受洪水侵扰，世世代代探求根治水灾之策。然而，尽管今天人类已拥有强大的改造自然能力，增加了若干制约自然灾害的新手段，但洪水灾害有增无减，在发展中国家尤其如此。究其原因，与人类自身的很多不合理生产经营活动有着密切联系。森林被砍伐后，一方面在暴雨之
41、后不能蓄水于山上，使洪峰来势迅猛，峰高量大，增加了水灾频率；另一方面加重了水土流失，使水库淤积，库容减少，也使下游河道淤积抬升，降低了调洪和排洪能力。城市化的影响，近年来，各种生产开发建设项目发展迅速。城市建设面积扩大后，不透水地面增加，降雨后，地表径流汇流速度加快，径流系数增大，峰现时间提前，洪峰流量成倍增长，而城市“热岛效应”使城区的暴频率与强度提高，又加大了洪水成灾因素。新的致灾因素，修建库坝可在汛期拦蓄洪水，再安全有计划地向下排放，既可减灾，又可兴利。但当库坝兴建之初，由于种种原因(如水文、地震等资料不足)，有时设计标准偏低，库容不足，可造成洪水漫顶溃坝。溃坝洪水所造成的损失要比暴雨洪
42、水大的多。五、山洪侵蚀特征山洪具有强大的动能，可将沿途的土沙物质侵蚀、搬运到下游，并在沟口开阔部位沉积下来。山洪发生后，在沟网中有一个汇聚过程。以河沟主沟道为准，可分为上游、中游、下游。在上游径流量小，但沟道两侧坡面陡，汇流速度快，沟底纵比降大，流速更大，所以上游产生的径流以冲力为主，沟道下切侵蚀最明显。中游由于汇水面积大，有较多支流的径流汇集于沟道，不但流量增加，而且因支沟汇流与主沟径流流向不一致，产生一定角度，迫使主沟径流向彼岸流去，形成偏态流动，产生侧蚀，冲淘河岸。下游段，坡降缓，但流量更集中，因下游支流汇入主沟道中，同样影响主沟道径流流向，存在侵蚀作用。在冲淘两岸时，由于曲流和侧蚀作用
43、，被冲淘的一侧往往后退形成凹岸，另一侧不断淤积形成凸岸。使河流表现为蛇形前进。山洪的搬运作用与河谷水流一样，也有四种方式，推移、跃移、悬移和溶解搬运。根据水力不的定律（爱里定律）在流水中推移的单个固体物质的重量与起动流速的六次方成正比，即Mcv6。 六、 山洪沉积物特征山洪在行进过程中，当流路条件发生变化时，所携带的土砂物质即沉积下来。土砂物质的沉积包括流路中的沉积和山口的沉积。山洪行进到中下游地带，受曲流侧蚀作用影响，河道曲折，出现了凹岸、凸岸。泥沙在凸岸沉积下来，而凹岸的冲刷较严重。当山洪行进到山口地带时，地势突然变得开阔，流速很快降下来，所带土砂石块则沉积下来。在山前出现了倾斜的半圆扇形
44、堆积体，即洪积扇。山前的洪积物质分选作用较明显，距沟口越近，组成物质越粗，距沟口越远，组成物质越细小。第六节 海岸、湖岸及库岸浪蚀一、海岸带划分海洋水体与陆地的接触称为海岸带。海岸带自陆向海可分为海岸、潮间带和水下岸坡三部分。1.海岸海岸是高潮线以上狭窄的陆上地带，它的陆向界线是波浪作用的上限。2.潮间带潮间带是高潮线与低潮线之间的地带，这是一个高潮时淹没在水下，低潮时出露在水面以上的交替地带。3.水下岸坡坡是低潮线以下直至波浪有效用于海底的下限地带。波浪有限作用于海底的下限，一般相当于该海区波浪波长的1/2的水深处。在近岸海区，约为30m水的海底。海岸带的三个组成部分在其发展过程中是相互联系
45、的不可分割的整体。波浪、潮夕和海流是作用于海岸带最主要的动力因素，在入海的河口，河水的动能以及河水与海水交互作用产生的动能对河口、海岸的侵蚀作用也很强烈，如钱塘江喇叭口型河口的形成就是典型一例。对于陆地上较大的湖泊来说，湖岸带的划分、湖岸带的动力特征都与海岸带相似，只是规模小一些。水库库岸带规模更小，但性质并无太大的改变。 二、海浪、湖浪及库浪形成海洋中的波浪主要是风作用于海面将其能量传递给海水所发生的现象。能量的传递是通过风作用于海面时在波面产生的压力差以及波面的磨擦，二者对水质点作功而实现的。当水质点发生振动时，就在顺着风向的垂直断面作圆周运动，当水质点处于圆形轨道最高位置的地方，水面凸起
46、就形成波峰。水质点处于最低位置的地方，水面凹陷就形成波谷。相邻波峰与波谷间的垂直距离h就是波高；相邻两波峰或两波谷间的水平距离L称波长；波浪传播的速度或者单位时间内波形传播的距离C称为波速；同一时刻波峰最高水质点的连线称波峰线；指向波浪前进方向而与波峰线垂直的线称波射线。波浪对海岸作用的大小决定于波浪的能量E，其大小与波高的二次方、波长的一次方成正比，因此，波浪愈大，尤其是波高愈大，波能就愈大，其对海岸的侵蚀作用也愈强。 三、波浪在浅水区的变形波浪到达浅水区后，海底的摩擦使上下层水质点之间产生速度差，波浪形态将由圆形变为椭圆形，进而变成前坡陡、后坡缓的不对称形态，最终导致波峰倾倒，波浪破碎。波
47、浪破碎以后，水体运动已不服从波浪运动的规律，而是整个水体的平移运动，这就是激浪流。激浪流包括在惯性力作用下沿坡向上的进流与同时在重力作用下沿坡向下的回流。它对海岸带泥沙的向岸或离岸运动有直接的作用。波浪破碎和波高与水深的比值有关。在多数情况下，破浪处水深约相当于12个波高。在风向与波向一致而风速较大时，破浪水深则较大。当波浪抵达较陡的岸坡时，波峰突然倾到，能量比较集中，袭击岸坡，破坏很大。当波浪作用于平缓的岸坡时，由于海底摩阻，可能发生数次破碎，能量逐步消耗，破坏性很小。临近深水的陡崖，波浪可能不形成破浪。当人工建筑物前的水深刚刚处于破浪点时，则饱含空气的破浪 ，将以极大的压力冲击，可能使建筑物遭到破坏。破浪常掀起海底大量泥沙，其在海岸地貌形成中的作用是极其重要的。波浪的折射是波浪进入浅水区后的又一重要变化。随着水深的变浅，波速相应的减小，因此，当波浪到达海岸附近的浅水区后，由于地形的影响使得波向发生变化，形成所谓折射现象。折射的结果，有使波峰线转向与等深线一致的趋势。波浪的折射或使波能更为集中或更为辐散，对海岸地貌的塑造有重要意义。如在岬角与海湾交错的曲折海岸上。波能在岬角处的集中显然加快了海蚀地貌的发展速度。四、海浪、湖流及库流据理论计算，1m波高，8秒周期的波浪，每秒钟传递在绵延量为8×106J。波浪对海岸的侵蚀，首先是波浪水体给予海岸的直接打击，即冲蚀作用。当波